結論から言うと、ミトコンドリアとERと細胞膜の繋留点(MECA)を構成するタンパク質が、ミトコンドリアをMECAにつなぎとめておくことで、ミトコンドリアの正常な分布を保っていることを示した論文。
2013年1月22日号のPNASに掲載の「Endoplasmic reticulum-associated mitochondria-cortex tether functions in the distribution and inheritance of mitochondria. (小胞体関連ミトコンドリア-cortex テザリングは、ミトコンドリアの分布と遺伝において機能を持つ。)」という論文で、米国Department of Molecular and Cellular Biology, University of California, Davis, CAの Dr. Laura L. Lackner, Dr. Jodi Nunnariらによる研究。*1
ミトコンドリア(以下mito)-ER-細胞膜(以下PM)の3つの膜をつなぎとめている、という現象がおもしろそうだったので選びましたが、始めからその構造を見つけようとしてスタートした研究ではなさそうです。
まず、mitoの融合や分裂がダイナミックに起きることが大事なのは断った上で、それ以外にも、ミトコンドリアが適切な位置に分配されることが大事なのでは？という仮説から始まっています。例えば、神経細胞のような大きな細胞では、mitoは安定してシナプスの領域にenrichしています。これはシナプスで神経伝達が行われるために、エネルギーの消費が大きいことと、シナプス小胞の制御の関係でカルシウムイオンを扱わないといけないので、mitoにカルシウムイオンをバッファーさせるためです。酵母でもmitoが特定のポジショニングをとるらしいです*2。
そこで著者らは、ミトコンドリアの融合と分裂に必須のタンパク質を欠損させ、ミトコンドリアダイナミクスを止めた上で生存に必須になる遺伝子がNum1であると酵母スクリーニングで同定し、どうやらNum1がmito-PMのテザリングを担うことをつきとめました。そこでタイトルにあるような、「ミトコンドリアの正常な分布のためには、一定数を細胞膜につなぎとめておく？」という考察になる訳です。
一方で、mito-ER-PMという3つの膜の繋留点(MECA)が見つかったことに関しては、MECAを基点として脂質やカルシウムイオンを交換がされており、それぞれの膜の組成やイオン濃度の恒常性維持に寄与しているのではないか、という考察がされています。
興味を持たれた方はabstractもどうぞ。
To elucidate the functional roles of mitochondrial dynamics in vivo, we identified genes that become essential in cells lacking the dynamin-related proteins Fzo1 and Dnm1, which are required for mitochondrial fusion and division, respectively. The screen identified Num1, a cortical protein implicated in mitochondrial division and distribution that also functions in nuclear migration. Our data indicate that Num1, together with Mdm36, forms a physical tether that robustly anchors mitochondria to the cell cortex but plays no direct role in mitochondrial division. Our analysis indicates that Num1-dependent anchoring is essential for distribution of the static mitochondrial network in fzo1 dnm1 cells. Consistently, expression of a synthetic mitochondria–cortex tether rescues the viability of fzo1 dnm1 num1 cells. We find that the cortical endoplasmic reticulum (ER) also is a constituent of the Num1 mitochondria–cortex tether, suggesting an active role for the ER in mitochondrial positioning in cells. Thus, taken together, our findings identify Num1 as a key component of a mitochondria–ER–cortex anchor, which we termed “MECA,” that functions in parallel with mitochondrial dynamics to distribute and position the essential mitochondrial network.
(私訳と勝手な注釈)
in vivoでのミトコンドリアダイナミクスの役割を解明するために、ミトコンドリアの融合と分裂にそれぞれ必要なダイナミン関連タンパク質Fzo1[*MFNの酵母ホモログ]とDnm1[*Drp1の酵母ホモログ]を欠く細胞に必須となる遺伝子をスクリーニングしました。その結果、核の移動及び、ミトコンドリアの分裂と分布に関与するcortical proteinのNum1を同定しました。著者らは、Num1がMdm36と協調して、ミトコンドリアをcell cortexに強固にアンカーする一方で、ミトコンドリアの分裂には直接的な役割を果たさないことを示しています。Num1依存的なアンカーが［fzo1 dnm1欠損細胞］における、正常なミトコンドリアネットワークの分布に不可欠であることを示します。また、これにconsistentな結果として、ミトコンドリア-cell cortexのテザリング分子を合成し発現させると、［fzo1 dnm1 num1細胞］の生存率がレスキューされました。皮質小胞体（cortical ER）もNum1ミトコンドリア–cortex テザリングの構成要素であることは、ERの新しい機能として、細胞内のミトコンドリアの適切なポジショニングを積極的に制御するという役割をを示唆しています。したがって、これらの結果を総合すると、Num1はミトコンドリア-ER-cortexアンカーの重要な構成要素であり、この繋留点は著者らによって「MECA」[*mitochondria–ER–cortex anchor]と名付けられました。
*1:https://www.pnas.org/content/110/6/E458.long
*2:In yeast, mitochondria are tethered at both the bud tip and the distal end of the mother cell, presumably to ensure that daughter cells receive and mother cells retain the essential mitochondrial compartment.（イントロより引用）
